磁控溅射法制备SiCN薄膜及退火处理对其性能影响研究

发布时间：2020-08-12 10:06

【摘要】：SiCN(硅碳氮)作为C、Si与N三种元素构成的新型宽禁带半导体,集合SiC(氮化硅)、C3N4(氮化碳)和Si3N4(碳化硅)的良好光学、电学、力学特性于一体。硅基底生长的SiCN材料成本低廉,且与目前的集成电路工艺技术兼容。不同组分和结构的SiCN材料带隙在2.86到5.0eV之间连续可调,有利于其在光电器件领域(如发光器件、半导体激光器等)方面的应用。采用磁控溅射法,以氮化硅(Si3N4)靶材与石墨(C)靶材作为源材料,制备SiCN薄膜,对其进行退火处理。通过改变退火温度、保温时间与退火气氛等条件,系统研究退火工艺对SiCN薄膜成分、表面形貌、化学成键、晶体结构、以及光致发光等特性的影响,优化退火工艺,提高SiCN薄膜的质量,从而提高SiCN薄膜光学性能。XPS分析表明,SiCN薄膜并不是Si3N4与Si C或Si、C与N的简单组合,而是由C-C键、C-O键、C-N键、N-Si键、C=N键、Si-C键、Si-O键与Si-N键等形成的复杂网络结构。同时XRD分析表明,薄膜中主要含有Si3N4、5H-SiC相,实验结果显示:真空气氛条件下退火的SiCN薄膜结晶性好于空气和氩气气氛退火的样品。对磁控溅射制备SiCN薄膜工艺进行优化,在石墨(C)靶材功率为100W,氮化硅靶材功率为150 W时薄膜具有较好的结晶性,进而在此制备工艺条件下对SiCN薄膜进行退火处理。研究发现,在真空和氩气气氛下,随着退火温度的提高,薄膜中的Si元素含量明显上升,C、N元素的含量下降。而在空气气氛下,随着退火温度的上升,薄膜中的O元素百分含量上升,C、N元素的含量下降。同时对样品的光致发光进行了探索,不同退火气氛引起SiCN薄膜不同位置的发光峰。空气气氛下退火,薄膜的发光峰主要在370nm与395nm处;氩气气氛下退火,薄膜发光的峰位主要在370nm处;在真空气氛下退火,薄膜的发光峰主要在370nm与410nm处。370nm处发光来源于SiOx发光中心,395nm处和410nm处的发光由碳团簇引起。
【学位授予单位】：西北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN304;O484
【图文】：

图 1.1 常压下 SiCN 化合物的晶体结构，（a）t-SiCN，（b）o-SiCN，（c）h-SiCN，其中白灰色和黑色球体个字代表 Si、C 和 N 原子1.2.2 SiCN 薄膜的制备方法制备 SiCN 薄膜的方法主要分为两个大类，即物理气相沉积和化学气相沉积。不

磁控溅射原理示意图

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本文编号：2790394